Новое понимание эволюции глаза приматов
Сравнив эмбриональное развитие глаза ночной обезьяны (мирикини) и обезьяны капуцина, исследователи обнаружили, что лишь небольшая разница во времени пролиферации клеток может объяснить множественные анатомические различия в строении их глаз.
Результаты помогают понять, как такая сложная структура, как глаз, могла постепенно меняться в ходе эволюции, оставаясь функциональной. Они также показывают, как кажущиеся простыми генетические изменения в мозге и нервной системе могли приводить к множественным эволюционным преобразованиям более развитого мозга, не нарушая его работу.
Анализ для этого исследования выполнили в Детской исследовательской больнице Сент-Джуд. Приматы содержались в Национальном центре приматов в Бразилии. Все процедуры одобрили исследователи из Корнеллского университета и Федерального университета Пара. Результаты опубликованы в раннем онлайн-выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences.
Глаз ночной обезьяны имеет множество адаптаций для ночного образа жизни. Например, у него больше палочковых фоторецепторов, чем у дневного капуцина. Палочки — наиболее светочувствительные клетки сетчатки, эффективные для ночного зрения. Сетчатка ночной обезьяны также крупнее и лишена центральной ямки (фовеи) — области с высокой плотностью колбочковых фоторецепторов, обеспечивающей дневному глазу остроту и цветовое зрение.
У обоих видов все специализированные типы клеток глаза развиваются в эмбрионе из одного типа незрелых клеток — клеток-предшественников сетчатки.
«Эти два вида произошли около 15 миллионов лет назад от общего предка с дневным глазом, — сказал Майкл Дайер, первый автор статьи. — Поэтому мы полагаем, что сравнение развития их глаз во время эмбрионального роста поможет понять, какие эволюционные изменения потребовались для перехода от дневного к ночному глазу».
Исследователи предположили, что лишь ускорение или замедление пролиферации клеток-предшественников в развивающемся эмбрионе может фактически менять типы клеток, в которые они превращаются. Таким образом, эволюционная адаптация от дневного к ночному глазу могла потребовать не более чем небольшого генетического изменения, влияющего на это время.
В своём анализе Дайер и его коллеги сравнили время пролиферации клеток-предшественников сетчатки в разные типы зрелых клеток у эмбрионов двух видов обезьян. Они обнаружили, что удлинённый период пролиферации клеток-предшественников в глазу ночной обезьяны действительно привёл к иному составу клеток сетчатки, который адаптировал глаз для ночного зрения.
Также было обнаружено, что этот удлинённый период пролиферации вызвал увеличение размера глаза, что необходимо для размещения более крупных структур, собирающих и воспринимающих свет, которые нужны для ночного зрения.
«Красота выявленного нами эволюционного механизма в том, что он позволяет глазу почти "переключаться" между ночной и дневной структурой, — сказал Дайер. — Это элегантная система, дающая глазу большую гибкость в плане специализации».
В более широком смысле это открытие поддерживает идею о том, что важные изменения в структуре мозга могут эволюционировать посредством простых генетических изменений, влияющих на время развития областей мозга.